(57)【要約】本発明は、基板を熱処理するための基板熱処理装置であって、ベークプレートと、複数の支持部材と、バッフルプレートと、駆動装置とを備える基板熱処理装置を提供する。ベークプレートは、少なくとも一つのガス流路を画定する。複数の支持部材は、基板を支持する。バッフルプレートは、ベークプレートの上面に固定されている。バッフルプレートは、その内周壁と基板との間に隙間が形成されるように基板を囲んでいる。駆動装置は、複数の支持部材を駆動して上下動させる。基板を熱処理する際に、ベークプレートのガス流路を介して基板とベークプレートの上面との間の空間に高温ガスが供給され、高温ガスはバッフルプレートの内周壁と基板との間の隙間から流出する。
2019510375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を熱処理するための基板熱処理装置であって、
少なくとも一つのガス流路を画定するベークプレートと、
前記基板を支持する複数の支持部材と、
前記ベークプレートの上面に固定されたバッフルプレートであって、前記バッフルプレートの内周壁と前記基板との間に隙間が形成されるように前記基板を囲むバッフルプレートと、
前記複数の支持部材を駆動して上下動させる駆動装置とを備え、
前記基板を熱処理する際に、前記ベークプレートの前記ガス流路を介して前記基板と前記ベークプレートの上面との間の空間に高温ガスが供給され、前記高温ガスは前記バッフルプレートの前記内周壁と前記基板との間の前記隙間から流出することを特徴とする基板熱処理装置。
【請求項２】
前記バッフルプレートおよび前記ベークプレートに垂直に挿入された複数の位置決めピンをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項３】
各位置決めピンは、ガイド部と位置決め部とを有することを特徴とする請求項２に記載の基板熱処理装置。
【請求項４】
前記バッフルプレートは取り外し可能であることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項５】
前記隙間は０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項６】
断熱ホルダを更に備え、前記ベークプレートは前記断熱ホルダ内に配置され、前記断熱ホルダは、前記ベークプレートの前記ガス流路と連通する少なくとも一つの第一ガス流路を画定していることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項７】
前記断熱ホルダの前記第一ガス流路の一端は、前記ベークプレートの前記ガス流路に連通しており、前記断熱ホルダの前記第一ガス流路の他端は断熱材で包まれたガスラインに接続されていることを特徴とする請求項６に記載の基板熱処理装置。
【請求項８】
前記ガスラインに、前記ガスライン内のガスを加熱するガスヒータをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の基板熱処理装置。
【請求項９】
前記複数の支持部材はそれぞれ前記ベークプレートを貫通し、前記複数の支持部材は支持アームに固定され、前記支持アームは前記駆動装置に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１０】
各支持部材は、滑り止めピンと支持軸とを有しており、前記滑り止めピンは、前記基板を支持する球状のヘッドを備えており、前記滑り止めピンは前記支持軸の上端に搭載されており、前記支持軸の下端は前記支持アームに固定されていることを特徴とする請求項９に記載の基板熱処理装置。
【請求項１１】
前記バッフルプレートはガイド面を有することを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１２】
前記ガイド面は傾斜しており、垂直面に対して角度を有しており、前記角度は２０度未満であることを特徴とする請求項１１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１３】
前記バッフルプレートの材料は、断熱材によって囲まれたセラミックまたはステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１４】
前記バッフルプレートの上方に、混合ガス排出用のリフトカバーをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１５】
前記リフトカバーは、中空のキャビティを有しており、入口孔および排気インターフェースを画定しており、前記入口孔および前記排気インターフェースは、前記中空のキャビティと連通しており、前記排気インターフェースは排気系に接続していることを特徴とする請求項１４に記載の基板熱処理装置。
【請求項１６】
前記リフトカバーは、前記中空のキャビティに連通する排出口を画定していることを特徴とする請求項１５に記載の基板熱処理装置。
【請求項１７】
前記ベークプレート内に温度センサをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１８】
前記高温ガスは高温の不活性ガス、または、高温の窒素であることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項１９】
前記高温ガスの温度は前記ベークプレートの温度と同じであることを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【請求項２０】
前記高温ガスの温度は前記ベークプレートの温度に近似することを特徴とする請求項１に記載の基板熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造の分野一般に関し、特に基板を熱処理する基板熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、フォトリソグラフィ工程は欠かせない部分である。フォトリソグラフィ工程では、種々の熱処理が行われる。例えば、基板にフォトレジストをスピンコーティングした後に行われるソフトベーキング、露光後ベーキング、及び、現像後に行われるハードベーキング等が挙げられる。高精度の半導体装置を製造する際に行う基板の熱処理では、熱処理工程での高度な均一性が求められる。従来の基板熱処理装置において、基板は一般的にベークプレート上に載置され直接加熱される。このように基板をベークプレートに載置して直接加熱する方法は簡単であるものの、基板の反りによって、基板の均一な加熱を確実に行うことは困難である。基板は平坦に見えても、実際にはある程度の反りがある場合もある。特に、基板が極薄基板である場合には、基板の反りがより顕著になることがある。図１２ａから図１２ｃに示すように、基板１２１５は、上向きに湾曲(convex)、下向きに湾曲(concave)、または、その両方となっている場合がある。基板１２１５の反りがどのような場合であっても、基板１２１５をベークプレート１２０２に載置して直接加熱する限り、基板１２１５の任意の箇所とベークプレート１２０２との距離（ｈ）に差が生じ、ベークプレート１２０２上方の空間に温度勾配があるため、熱処理工程における基板１２１５の加熱が不均一となる。熱処理後の基板１２１５の温度は不均一であり、これが半導体装置の品質に悪影響を及ぼし、ひいては基板１２１５を台無しにすることもある。図１３には、基板１２１５の任意の箇所における加熱温度ｔ（ｈ）と、基板１２１５の任意の箇所とベークプレート１２０２との距離（ｈ）との関係が示されている。これから、距離（ｈ）の増加に伴い、加熱温度ｔ（ｈ）が低くなっていることが見てとれる。さらに、基板１２１５を熱処理する前に、基板１２１５に対してコーティングや現像工程などが行われることもある。基板１２１５を加熱する際にベークプレート１２０２に載置すると、基板１２１５上の高温のフォトレジスト等の有機溶剤が流出しやすくなり、ベークプレート１２０２を汚してしまう。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、基板を熱処理するための基板熱処理装置であって、ベークプレートと、複数の支持部材と、バッフルプレートと、駆動装置とを備える基板熱処理装置を提供する。前記ベークプレートは、少なくとも一つのガス流路を画定する。前記複数の支持部材は、基板を支持する。前記バッフルプレートは、前記ベークプレートの上面に固定されている。前記バッフルプレートは、その内周壁と前記基板との間に隙間が形成されるように前記基板を囲んでいる。前記駆動装置は、複数の支持部材を駆動して上下動させる。前記基板を熱処理する際に、前記ベークプレートの前記ガス流路を介して前記基板と前記ベークプレートの上面との間の空間に高温ガスが供給され、前記高温ガスは前記バッフルプレートの前記内周壁と前記基板との間の前記隙間から流出する。
【０００４】
上記したように、本発明の基板熱処理装置は、少なくとも三つの観点において有益な効果を奏する。第一に、前記基板と前記ベークプレートの前記上面との間の前記空間に前記高温ガスを供給することにより、ガスの対流が増加し、前記基板と前記ベークプレートの前記上面との間に等温層が形成される。これによって、前記基板が反っているか否かに関わらず、前記基板が均等に加熱される。第二に、前記バッフルプレートによって、前記基板の中央が前記ベークプレートとが整列し、前記バッフルプレートの前記内周壁と前記基板との間の前記隙間が充分に小さいため、前記基板が反っているか否かに関わらず、前記隙間から排出される前記高温ガスの流れが均等になり、前記基板と前記ベークプレートの前記上面との間に前記等温層を形成することができる。第三に、前記バッフルプレートの前記内周壁と前記基板との間の前記隙間は小さく、前記熱処理工程において前記基板と前記ベークプレートの前記上面との間の空間に前記高温ガスが連続して供給されるため、前記高温ガスと有機溶剤の混合ガスが連続して排出される。従って前記基板上の有機溶剤は、前記支持部材および前記ベークプレートに流れ出すことが殆どなく、前記支持部材を頻繁に洗浄する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、基板を熱処理するための基板熱処理装置の断面図である。
【図２】基板を装着または取り外す際の基板熱処理装置を示す断面図である。
【図３】本発明の例示的な別の実施形態による、基板を熱処理するための基板熱処理装置の断面図である。
【図４】本発明の例示的な別の実施形態による、基板を熱処理するための基板熱処理装置の断面図である。
【図５】基板を装着または取り外す際の基板熱処理装置を示す断面図である。
【図６】本発明の例示的な別の実施形態による、基板を熱処理するための基板熱処理装置の断面図である。
【図７】基板を中央に配置させるための複数の位置決めピンが連結されたバッフルプレートと、当該バッフルプレートの内周壁と基板との間の隙間を示す上面図である。
【図８】位置決めピンの側面図である。
【図９ａ】本発明による基板熱処理装置の支持部材の分解図である。
【図９ｂ】本発明による基板熱処理装置の支持部材の斜視図である。
【図１０ａ】本発明の基板熱処理装置によって、上向きに湾曲した基板を熱処理する様子を示す図である。
【図１０ｂ】本発明の基板熱処理装置によって、下向きに湾曲した基板を熱処理する様子を示す図である。
【図１０ｃ】本発明の基板熱処理装置によって、上向きおよび下向きに湾曲した基板を熱処理する様子を示す図である。
【図１１】本発明の基板熱処理装置を用いて行う基板の熱処理において、基板の任意の箇所の加熱温度ｔ（ｈ）と基板の当該任意の箇所とベークプレートとの距離（ｈ）の関係を示す図である。
【図１２ａ】従来の基板熱処理装置によって、上向きに湾曲した基板を熱処理する様子を示す図である。
【図１２ｂ】従来の基板熱処理装置によって、下向きに湾曲した基板を熱処理する様子を示す図である。
【図１２ｃ】従来の基板熱処理装置によって、上向きおよび下向きに湾曲した基板を熱処理する様子を示す図である。
【図１３】従来の基板熱処理装置を用いて行う基板の熱処理において、基板の任意の箇所における加熱温度ｔ（ｈ）と、基板の任意の箇所とベークプレートとの距離（ｈ）との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１には、本発明の例示的な実施形態による、基板を熱処理するための基板熱処理装置が示されている。基板熱処理装置は、断熱ホルダ１０１と、ベークプレート１０２と、バッフルプレート１０３と、リフトカバー１０４と、複数の支持部材１１０とを有する。ベークプレート１０２は、基板１１５を加熱するための断熱ホルダ１０１内に配置されている。ベークプレート１０２は、アルミニウム製の円形の電気加熱パネルとすることができる。熱処理工程中、ベークプレート１０２の上面の温度分布は非常に均一となっている。ベークプレート１０２のサイズは、異なるサイズの基板１１５を熱処理するために、基板１１５のサイズによって決定される。例えば、現在一般的に使用されている基板１１５のサイズが８インチまたは１２インチであることを考慮すると、ベークプレート１０２の直径は３５０ｍｍとすることができる。したがって、ベークプレート１０２は、サイズが８インチまたは１２インチの基板１１５を熱処理することができる。
【０００７】
ベークプレート１０２は断熱ホルダ１０１内に収容され、ベークプレート１０２の中心は断熱ホルダ１０１の中心に位置合わせされる。ベークプレート１０２の側壁の温度特性に対する影響を回避するとともに、ベークプレート１０２が熱膨張した際に、ベークプレート１０２が断熱ホルダ１０１によって圧搾されることを防止するために、ベークプレート１０２の側壁と断熱ホルダ１０１との間には間隔１１４が形成されている。断熱ホルダ１０１は、セラミックス等の耐熱性材料からなる。断熱ホルダ１０１の中央には、第一ガス流路１０１１が形成されている。第一ガス流路１０１１は断熱ホルダ１０１を貫通している。ベークプレート１０２の中央には、第二ガス流路１０２１が形成されている。第二ガス流路１０２１は、ベークプレート１０２を貫通して第一ガス流路１０１１と連通している。第一ガス流路１０１１の一端は第二ガス流路１０２１に連通し、第一ガス流路１０１１の他端は断熱材で包まれたガスライン１０６に接続されている。ガスライン１０６には、ガスライン１０６のガスを加熱するためのガスヒータ１０７が配置されており、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に第一ガス流路１０１１と第二のガス流路１０２１とを介して高温ガスが供給されるようになっている。基板１１５は、断熱ホルダ１０１及びベークプレート１０２を貫通する複数の支持部材１１０によって、ベークプレート１０２の上面よりも上方に支持されている。複数の支持部材１１０は、支持アーム１０９に固定されている。支持アーム１０９は、駆動装置１０８に接続されている。基板１１５とベークプレート１０２の上面との距離を調整する場合、または、基板１１５を脱着する場合、駆動装置１０８が支持アーム１０９を上下動させる。これにより、複数の支持部材１１０が上下動し、基板１１５を上下動させる。駆動装置１０８はモータとすることができる。
【０００８】
図９ａおよび図９ｂに示すように、一実施形態において、支持部材１１０は滑り止めピン１１０１と支持軸１１０２とを有している。滑り止めピン１１０１は、基板１１５を支持する球状の頭部を有している。滑り止めピン１１０１は、滑り止めピン１１０１を分解して交換し易くするために、ねじ止め等の方法によって支持軸１１０２の上端に取り付けられている。滑り止めピン１１０１が滑り止め機能を有しているため、基板１１５を滑り止めピン１１０１上に載置して上下動させる際に、基板１１５の水平方向の移動が滑り止めピン１１０１によって防止される。支持軸１１０２の下端は支持アーム１０９に固定されている。
【０００９】
バッフルプレート１０３は、ベークプレート１０２の上面に、取り外し可能に固定されている。バッフルプレート１０３は、その内周壁と基板１１５との間に隙間１１３が形成されるように基板１１５を囲んでいる。隙間１１３は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。バッフルプレート１０３は、基板１１５を支持部材１１０上に適切に装着するためのガイド面１０３１を有している。ガイド面１０３１は傾斜しており、垂直面に対して角度を有している。前記角度は２０度未満であり、好ましくは１５度である。バッフルプレート１０３の材料は、断熱材によって囲まれたセラミックまたはステンレス鋼とすることができる。
【００１０】
リフトカバー１０４は、バッフルプレート１０３の上方に配置されている。リフトカバー１０４は中空のキャビティ１０４１を有している。リフトカバー１０４は、入口孔１０４２および排気インターフェース１０４３を画定している。入口孔１０４２および排気インターフェース１０４３は、中空キャビティ１０４１と連通しており、排気インターフェース１０４３は、排気系に接続する。入口孔１０４２及び排気インターフェース１０４３を介して、熱処理工程で発生した混合ガスを排出することができる。リフトカバー１０４はまた、中空キャビティ１０４１と連通する排出口１０４４も画定している。
【００１１】
ベークプレート１０２には、ベークプレート１０２の温度を監視する温度センサ１１１が配置されている。温度センサ１１１は、熱電対とすることができる。断熱ホルダ１０１は台座１１２上に配置されている。
【００１２】
本発明の基板熱処理装置を用いて、例えば図２に示すように、フォトレジストをスピンコーティングした後の基板１１５を熱処理する場合、駆動装置１０８は、支持アーム１０９を駆動して上昇させ、複数の支持部材１１０を装着位置に移動させる。次に、ロボットアーム１１６等によって、基板１１５を複数の支持部材１１０に載置する。駆動装置１０８は、支持アーム１０９を下降させ、基板１１５を処理位置に移動させる。基板１１５とベークプレート１０２の上面との間には距離があるため、基板１１５はベークプレート１０２の上面に接触しない。前記距離は、処理の要件によって決定される。基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に第一ガス流路１０１１と第二のガス流路１０２１とを介して高温の不活性ガスまたは高温の窒素が供給される。高温の不活性ガスを例に挙げると、高温の不活性ガスの温度は、ベークプレート１０２の温度と同じであってもよく、ベークプレート１０２の温度に近似するものであってもよい。基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に高温の不活性ガスを供給することにより、ガスの対流が増加し、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間に等温層が形成される。これにより熱伝導率が同一となり、ベークプレート１０２の上面の上方の空間における温度勾配が破壊される。従って、基板１１５が反っているか否かに関係なく、熱処理工程において基板１１５が均一に加熱される。熱処理工程で生成された混合ガスは、入口孔１０４２を介して中空キャビティ１０４１内に排出され、中空キャビティ１０４１内の混合ガスは排気インターフェース１０４３を介して中空キャビティ１０４１から排出される。基板１１５に熱処理を行う前に、基板１１５に対してコーティング、現像等のような処理を行うことがある。基板１１５に熱処理を行うと、基板１１５上のフォトレジストなどの有機溶剤が揮発し、高温の不活性ガスと共に中空キャビティ１０４１内に排出される。有機溶剤は中空キャビティ１０４１内で凝縮され、排出口１０４４から排出される。バッフルプレート１０３の内周壁と基板１１５との間の隙間１１３は小さく、熱処理工程において基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に高温の不活性ガスが連続して供給されるため、基板１１５上の有機溶剤は、支持部材１１０およびベークプレート１０２に流れ出しにくい。また、本発明の基板熱処理装置は、ベークプレート１０２の上面にバッフルプレート１０３が固定されており、本発明の基板熱処理装置を用いて基板１１５に熱処理を行う場合、基板１１５はベークプレート１０２と中心合わせが容易となる。ロボットアーム１１６が基板１１５を装着または取り外す際に、中心合わせを行う必要はない。さらに、バッフルプレート１０３の内周壁と基板１１５との間の隙間１１３が充分に小さいため、基板１１５が反っているか否かに関わらず、基板１１５の周辺において隙間１１３から排出される高温の不活性ガスの流れが均等になり、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間に等温層を形成することができる。基板１１５に熱処理を行った後、駆動装置１０８は支持アーム１０９を駆動して上昇し、複数の支持部材１１０を取り外し位置に移動させる。ロボットアーム１１６が、支持部材１１０から基板１１５を取り外し、高温の不活性ガスの供給を停止する。
【００１３】
図１０ａ〜図１０ｃ、および、図１１に示すように、基板１１５が上向きに湾曲、下向きに湾曲、または、その両方であり、基板１１５の任意の箇所とベークプレート１０２との距離（ｈ）が異なる場合であっても、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に高温の不活性ガスを供給し、ガスの対流を増加させて基板１１５とベークプレート１０２の上面との間に等温層を形成することにより、基板１１５が均一に加熱され、熱処理後の基板１１５の温度が均等となる。
【００１４】
図３に示す別の実施形態では、断熱ホルダ１０１およびベークプレート１０２は、それぞれ基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に高温ガスを供給するための複数の第一ガス流路１０１１と複数の第二ガス流路１０２１とを画定している。複数の第一ガス流路１０１１は、それぞれガスライン１０６に接続されている。
【００１５】
図４および図５に示すさらに別の実施形態では、複数の位置決めピン１１７がバッフルプレート１０３およびベークプレート１０２に垂直に挿入されて、基板１１５がずれて、基板１１５がバッフルプレート１０３に接触してしまうことを回避している。複数の位置決めピン１１７は、バッフルプレート１０３の内周壁に沿って均等に配置されている。図８に示すように、各位置決めピン１１７は、ガイド部１１７１と位置決め部１１７２とを有する。図７に示すように、基板１１５を支持部材１１０上に載置して、ガイド部１１７１に沿って処理位置まで下降させると、位置決め部１１７２によって基板１１５が位置決めされ、基板１１５がベークプレート１０２と中央揃えとなり、バッフルプレート１０３の内周壁と基板１１５との間に隙間１１３が形成される。
【００１６】
図４および図５に開示する実施形態とは異なり、図６に示す別の実施形態では、断熱ホルダ１０１およびベークプレート１０２は、図６に示すようにそれぞれ基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に高温ガスを供給するための複数の第一ガス流路１０１１と複数の第二ガス流路１０２１とを画定している。複数の第一ガス流路１０１１は、それぞれガスライン１０６に接続されている。
【００１７】
上記したように、本発明の基板熱処理装置は、少なくとも三つの観点において有益な効果を奏する。第一に、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に前記高温ガスを供給することにより、ガスの対流が増加し、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間に等温層が形成される。これによって、基板１１５が反っているか否かに関わらず、基板１１５が均等に加熱される。第二に、バッフルプレート１０３および位置決めピン１１７によって、基板１１５が自動的にベークプレート１０２と中央揃えになる。さらに、バッフルプレート１０３の内周壁と基板１１５との間の隙間１１３が充分に小さいため、基板１１５が反っているか否かに関わらず、基板１１５の周辺において隙間１１３から排出される高温ガスの流れが均等になり、基板１１５とベークプレート１０２の上面との間に等温層を形成することができる。第三に、バッフルプレート１０３の内周壁と基板１１５との間の隙間１１３は小さく、熱処理工程において基板１１５とベークプレート１０２の上面との間の空間に高温ガスが連続して供給されるため、高温ガスと有機溶剤の混合ガスが連続して排出される。従って基板１１５上の有機溶剤は、支持部材１１０およびベークプレート１０２に流れ出すことが殆どなく、支持部材１１０を頻繁に洗浄する必要がなくなる。
【００１８】
本発明の前述の説明は、例示および説明のために提示されたものである。本発明の正確な開示として限定または網羅するものではなく、上記の教示内容に鑑みて多くの修正および変形が可能であることは自明である。当業者に自明な改変および変形は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内に含まれる。
【図１】
2019510375.tif 000003
【図２】
2019510375.tif 000004
【図３】
2019510375.tif 000005
【図４】
2019510375.tif 000006
【図５】
2019510375.tif 000007
【図６】
2019510375.tif 000008
【図７】
2019510375.tif 000009
【図８】
2019510375.tif 000010
【図９ａ】
2019510375.tif 000011
【図９ｂ】
2019510375.tif 000012
【図１０ａ】
2019510375.tif 000013
【図１０ｂ】
2019510375.tif 000014
【図１０ｃ】
2019510375.tif 000015
【図１１】
2019510375.tif 000016
【図１２ａ】
2019510375.tif 000017
【図１２ｂ】
2019510375.tif 000018
【図１２ｃ】
2019510375.tif 000019
【図１３】
2019510375.tif 000020
【国際調査報告】
2019510375.tif 000021
2019510375.tif 000022